java线程安全问题之静态成员变量、实例成员变量、局部变量

（原文地址：http://blog.csdn.net/will_awoke/article/details/38044415）

 

 

java多线程编程中，存在很多线程安全问题，至于什么是线程安全呢，给出一个通俗易懂的概念还是蛮难的，如同《java并发编程实践》中所说：

   写道

给线程安全下定义比较困难。存在很多种定义，如：“一个类在可以被多个线程安全调用时就是线程安全的”。 

 此处不赘述了，首先给出静态变量、实例变量、局部变量在多线程环境下的线程安全问题结论，然后用示例验证，请大家擦亮眼睛，有错必究，否则误人子弟！

 

静态成员变量：线程非安全（无论单例或者非单例皆不安全）。

静态变量即类变量，位于方法区，为所有对象共享，共享一份内存，一旦静态变量被修改，其他对象均对修改可见，故线程非安全。

 

 

实例成员变量：单例模式（只有一个对象实例singleton存在）线程非安全，非单例线程安全。

实例变量为对象实例私有，在虚拟机的堆heap中分配，若在系统中只存在一个此对象的实例，在多线程环境下，“犹如”静态变量那样，被某个线程修改后，其他线程对修改均可见，故线程非安全（如，springmvc controller是单例的，非线程安全的）；如果每个线程执行都是在不同的对象中，那对象与对象之间的实例变量的修改将互不影响，故线程安全（如，struts2 action默认是非单例的，每次请求在heap中new新的action实例，故struts2 action可以用实例成员变量）。

 

局部变量：线程安全（线程封闭性Thread Confinement）。

每个线程执行时将会把局部变量放在各自栈帧的工作内存中，线程间不共享，故不存在线程安全问题。

 

〖by self：上述所有的变量均指，共享的（Shared）和可变的（Mutable，进行了'read''write'操作）状态变量，只有对这样的变量讨论线程安全才有意义，所有实际上上述的“局部变量”一定是线程安全的，因为其不是共享的（Not Shared），至于非状态变量，毫无疑问，是线程安全的。〗

 

 

 

一、静态成员变量 

 

线程安全问题模拟：

----------------------------------------------------------------------------------

[java] view plain copy

1. /**   
2.   * 线程安全问题模拟执行   
3.   *  ------------------------------   
4.   *       线程1      |    线程2   
5.   *  ------------------------------   
6.   *   static_i = 4;  | 等待   
7.   *   static_i = 10; | 等待   
8.   *    等待          | static_i = 4;   
9.   *   static_i * 2;  | 等待   
10.   *  -----------------------------  
11.  * */    
12. public class Test implements Runnable    
13. {    
14.     private static int static_i;//静态变量     
15.         
16.     public void run()    
17.     {    
18.         static_i = 4;    
19.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
20.                 + "]获取static_i 的值:" + static_i);    
21.         static_i = 10;    
22.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
23.                 + "]获取static_i*2的值:" + static_i * 2);    
24.     }    
25.         
26.     public static void main(String[] args)    
27.     {    
28.         Test t = new Test();    
29.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题     
30.         for (int i = 0; i < 3000; i++)    
31.         {    
32.             //t可以换成new Test(),保证每个线程都在不同的对象中执行，结果一样     
33.             new Thread(t, "线程" + i).start();    
34.         }    
35.     }    
36. }    

根据代码注释中模拟的情况，当线程1执行了static_i = 4;  static_i = 10; 后，线程2获得执行权，static_i = 4; 然后当线程1获得执行权执行static_i * 2;  必然输出结果4*2=8，按照这个模拟，我们可能会在控制台看到输出为8的结果。

写道

[线程27]获取static_i 的值:4 
[线程22]获取static_i*2的值:20 
[线程28]获取static_i 的值:4 
[线程23]获取static_i*2的值:8 
[线程29]获取static_i 的值:4 
[线程30]获取static_i 的值:4 
[线程31]获取static_i 的值:4 
[线程24]获取static_i*2的值:20

 看红色标注的部分，确实出现了我们的预想，同样也证明了我们的结论。

 

 

二、实例成员变量

 

线程安全问题模拟：

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[java] view plain copy

1. public class Test implements Runnable    
2. {    
3.     private int instance_i;//实例变量    
4.         
5.     public void run()    
6.     {    
7.         instance_i = 4;    
8.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
9.                 + "]获取instance_i 的值:" + instance_i);    
10.         instance_i = 10;    
11.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
12.                 + "]获取instance_i*2的值:" + instance_i * 2);    
13.     }    
14.         
15.     public static void main(String[] args)    
16.     {    
17.         Test t = new Test();    
18.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题     
19.         for (int i = 0; i < 3000; i++)    
20.         {    
21.             //每个线程对在对象t中运行，模拟单例情况    
22.             new Thread(t, "线程" + i).start();    
23.         }    
24.     }    
25. }    

按照本文开头的分析，犹如静态变量那样，每个线程都在修改同一个对象的实例变量，肯定会出现线程安全问题。

写道

[线程66]获取instance_i 的值:10 
[线程33]获取instance_i*2的值:20 
[线程67]获取instance_i 的值:4 
[线程34]获取instance_i*2的值:8 
[线程35]获取instance_i*2的值:20 
[线程68]获取instance_i 的值:4

 

看红色字体，可知单例情况下，实例变量线程非安全。 

将new Thread(t, "线程" + i).start();改成new Thread(new Test(), "线程" + i).start();模拟非单例情况，会发现不存在线程安全问题。

 

 

 三、局部变量

 

线程安全问题模拟：

----------------------------------------------------------------------------------

[java] view plain copy

1. public class Test implements Runnable    
2. {    
3.     public void run()    
4.     {    
5.         int local_i = 4;    
6.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
7.                 + "]获取local_i 的值:" + local_i);    
8.         local_i = 10;    
9.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()    
10.                 + "]获取local_i*2的值:" + local_i * 2);    
11.     }    
12.         
13.     public static void main(String[] args)    
14.     {    
15.         Test t = new Test();    
16.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题    
17.         for (int i = 0; i < 3000; i++)    
18.         {    
19.             //每个线程对在对象t中运行，模拟单例情况     
20.             new Thread(t, "线程" + i).start();    
21.         }    
22.     }    
23. }    

控制台没有出现异常数据。

 

 

四、静态方法 是否是线程安全的：

先看一个类

 

[java] view plain copy

1. public class  Test{  
2. public static  String hello(String str){  
3.     String tmp="";  
4.     tmp  =  tmp+str;  
5.    return tmp;  
6. }  
7. }  

 

 

hello方法会不会有多线程安全问题呢？不会！

静态方法如果没有使用静态变量，则没有线程安全问题。

为什么呢？因为静态方法内声明的变量，每个线程调用时，都会新创建一份，而不会共用一个存储单元。比如这里的tmp，每个线程都会创建自己的一份，因此不会有线程安全问题。

 

注意，静态成员变量，由于是在类加载时占用一个存储区，每个线程都是共用这个存储区的，所以如果在静态方法里使用了静态成员变量，这就会有线程安全问题。即只要方法内含有静态成员变量，就是非线程安全的，（实际上归根到底还是变量的线程安全问题~）。